دنیای امروز پر از امواج الکترومغناطیسی است که از دستگاه‌های الکترونیکی، خطوط انتقال نیرو و حتی منابع طبیعی مانند رعد و برق منتشر می‌شوند. این امواج می‌توانند بر روی انتقال داده‌ها و سیگنال‌های الکتریکی تأثیر بگذارند و موجب اختلال، نویز یا از دست رفتن اطلاعات شوند. در اینجا کابل‌های شیلددار به میدان می‌آیند تا امنیت و یکپارچگی انتقال داده را تضمین کنند.
با افزایش تقاضا برای انتقال سریع و ایمن داده‌ها در صنایع مختلف ازجمله مخابرات، پزشکی، نظامی و خودروسازی، کابل شیلددار محبوب‌تر شد. آن‌ها امکان انتقال داده‌های حساس را در محیط‌های پرتداخل فراهم می‌کنند و از آسیب به تجهیزات جلوگیری می‌کنند. در ادامه، ساختار منحصر به فرد، انواع مختلف و کاربردهای گسترده این کابل‌های چند لایه را بررسی خواهیم کرد.
نقش شیلد در کابل چیست؟
کابل شیلددار نوعی سیم و کابل برق است که مانند قلعه‌های نفوذناپذیر عمل می‌کند که داده‌های حساس را در برابر تداخلات الکترومغناطیسی محافظت می‌کند. آن‌ها دارای یک لایه فلزی هادی هستند که به عنوان سپر عمل می‌کند و امواج الکترومغناطیسی را جذب یا منعکس می‌کند. این سپر فلزی مانند یک حصار امن، سیگنال‌های داخلی را از تداخلات خارجی ایزوله می‌کند.
شیلد یا لایه حفاظتی فلزی در کابل شیلددار، نقش مهمی در حفاظت از سیگنال‌های الکتریکی در برابر تداخلات الکترومغناطیسی (EMI) و نویزهای الکتریکی ایفا می‌کند. نقش اصلی شیلد عبارت است از:
محافظت از سیگنال داخلی: شیلد به عنوان یک حصار فلزی عمل می‌کند و از نفوذ میدان‌های الکترومغناطیسی خارجی به داخل کابل و تداخل با سیگنال‌های داده جلوگیری می‌کند.
جلوگیری از نشت سیگنال: شیلد همچنین از نشت میدان‌های الکترومغناطیسی تولید شده توسط خود کابل به محیط اطراف جلوگیری می‌کند تا از ایجاد تداخل با دستگاه‌ها و کابل‌های دیگر پیشگیری شود.
اتصال زمین: شیلد معمولاً به زمین یا اتصال بدنه متصل می‌شود تا امواج الکترومغناطیسی جذب شده یا نشت یافته را به زمین هدایت کند و از آن‌ها تخلیه شود.
حفاظت در برابر نویز: شیلد به حفاظت از سیگنال در برابر نویزهای الکتریکی ناشی از منابع مختلف مانند ماشین‌آلات، خطوط برق و تجهیزات الکترونیکی کمک می‌کند.
بنابراین شیلد فلزی در کابل‌های شیلددار، یک لایه حفاظتی ضروری برای حفظ یکپارچگی و کیفیت سیگنال‌های داده در محیط‌های صنعتی و الکترونیکی پرتداخل است.
چرا در کابل‌ها از شیلد استفاده می‌شود؟
انواع کابل برق به عنوان یک منبع اصلی تداخل الکترومغناطیسی (EMI) در محیط‌های مختلف عمل می‌کنند. این کابل‌ها می‌توانند به عنوان آنتن در انتقال تداخل یا به عنوان گیرنده در دریافت و هدایت تداخل به دستگاه‌های دیگر عمل کنند. سطح EMI معمولاً ناشی از قدرت مورد نیاز تجهیزات الکتریکی در حال کار است. برای مثال، یک کارخانه ممکن است دارای سطح EMI بیشتری نسبت به یک دفتر یا خانه باشد. درنتیجه، نیاز به محافظت درجه‌بندی شده برای کاهش تداخل متفاوت خواهد بود.
در بررسی انواع کابل‌های کنترل، تداخل الکترومغناطیسی اولین بار به عنوان تداخل فرکانس رادیویی (RFI) شناخته شد. این تأثیر معمولاً به عنوان نویز شناخته می‌شود. شیلد به عنوان یک لایه فلزی محافظ، سیگنال‌های الکتریکی و الکترومغناطیسی درون کابل را از تأثیرات تداخلات الکترومغناطیسی خارجی محافظت می‌کند. کابل کواکسیال، یک نمونه معمول از کابل شیلددار است که به طور گسترده در انتقال فرکانس رادیویی، توزیع تلویزیون کابلی و شبکه‌های کامپیوتری استفاده می‌شود. در مناطق با EMI بالا، سستم‌های امنیتی از کابل شیلددار برای جلوگیری از هشدارهای کاذب استفاده می‌کنند.
شیلدها از چه جنسی ساخته می‌شوند؟
شیلدها از مواد مختلفی ساخته می‌شوند که بستگی به نوع کابل و نیازهای کاربردی دارد. در کل، جنس شیلد برای محافظت از کابل در برابر تداخلات الکترومغناطیسی (EMI) و تداخلات فرکانس رادیویی (RFI) برای اطمینان از انتقال داده بهتر استفاده می‌شود. برخی از جنس‌های معمول شیلدها عبارت‌اند از:
فلزات معدنی: شیلد‌های فلزی ازجمله آلومینیوم و مس معمولاً برای محافظت از کابل‌ها در برابر تداخلات الکترومغناطیسی و فرکانس‌های رادیویی استفاده می‌شوند.
فولاد ضدزنگ: برخی از شیلدها از فولاد ضدزنگ ساخته می‌شوند که خاصیت مقاومت به زنگ‌زدگی و شرایط محیطی را دارند.
نخ‌های نایلونی مهاری: شیلد‌های بافته شده از نخ‌های نایلونی نیز برای محافظت در برابر تداخلات مورد استفاده قرار می‌گیرند.
پلی‌آمید: مواد پلی‌آمیدی مانند کلرید پلی‌وینیلیدن (PVDC) نیز در ساخت شیلدها به کار می‌روند.
پلی‌اتیلن: شیلد‌هایی که از مواد پلی‌اتیلنی ساخته شده‌اند، معمولاً در کابل‌های کششی استفاده می‌شوند.
انتخاب جنس شیلد بر اساس نیازهای مختلف، شرایط کاربرد و اهداف محافظت الکترومغناطیسی کابل انجام می‌شود.
تفاوت کابل معمولی و شیلددار چیست؟
مزایای کابل‌های شیلد دار نسبت به کابل‌های بدون شیلد چندین ویژگی مهم را شامل می‌شود.
این مزایا عبارتند از:
طول عمر بیشتر
مقاومت بهتر در شرایط آب و هوایی
عدم تشکیل لایه رسانا
انتقال ولتاژ در حضور رطوبت و مواد روغنی
مزایای این کابل‌ها به عنوان یک انتخاب مؤثر در برابر نمونه‌های بدون شیلد آشکار می‌شود.
البته با اینکه کابل‌های شیلد دار این مزایا را دارند، نکاتی نظیر وزن بالاتر و هزینه بیشتر نیز باید در نظر گرفته شود. انتقال داده‌ها به‌طور صحیح و عدم تأثیرگذاری در میدان‌های مزاحم به علت وجود شیلد در این کابل‌ها، آن‌ها را به محصولات سنگین‌تر و گران‌قیمت‌تر تبدیل کرده است. این نکات مهم برای افرادی که قصد تهیه کابل دارند، حائز اهمیت هستند.
عدم ایجاد میدان الکتریکی در مجاورت کابل‌های دیگر نیز یک ویژگی مهم است. کابل‌های شیلد دار، حتی در مجاورت تعداد زیادی کابل با فواصل کم، تأثیر منفی بر یکدیگر ندارند و با تشکیل یک محافظ عالی، از اثرات مخرب بر میدان الکتریکی جلوگیری می‌کنند.
حفظ پایداری جریان نیز یکی از مزایای این کابل‌هاست. شیلدها می‌توانند با کاهش شدت ولتاژ اضافی، جریان پایدارتری را ایجاد کرده و همچنین با فدا کردن خود، از بقای و طول عمر کابل‌ها در برابر پوسیدگی و تخریب محافظت نمایند.
جلوگیری از انتقال ولتاژ به کابل‌های بدون شیلد در محیط‌های قبلی نیز از دیگر مزایای استفاده از کابل‌های شیلد دار است. این کابل‌ها در شرایطی همچون خطر طوفان، آسیب‌های محیطی، تخلیه الکتریکی، ایجاد میدان الکترواستاتیکی و موارد مشابه، انتخاب بهتری محسوب می‌شوند.
انواع کابل شیلددار چیست؟
شرکت‌های ایرانی و خارجی فراوانی هستند که امروزه با بهره‌گیری از تجهیزات پیشرفته و فناوری‌های جدید در زمینهٔ تولید کابل‌های شیلد دار فعالیت می‌کنند. این شرکت‌ها با بهره‌مندی از دستگاه‌های پیشرفته و استفاده از متریال‌های با کیفیت، توانسته‌اند کابل‌های با استانداردهای بالا و همچنین قیمت مناسب را به بازار عرضه کنند.
در ادامه، انواع مختلف کابل‌های شیلد دار مورد بررسی قرار می‌گیرد و کاربردهای مختلف آن‌ها توضیح داده می‌شود. این تنوع در انواع کابل‌های شیلد دار به شرکت‌های تولیدی امکان می‌دهد تا نیازهای مختلف بازار را پوشش دهند و محصولات با کیفیت و تنوع را ارائه نمایند.
1- کابل شیلددار قدرت
کابل‌های مورد استفاده در نیروگاه‌های بزرگ یا برای انتقال نیرو به‌منظور روشنایی خیابان‌ها، اکثراً از نوع کابل قدرت هستند که با هدف افزایش ماندگاری و ارتقا توانایی‌شان به یک لایه شیلد مجهز می‌شوند. این نوع کابل‌ها به علت استفاده از لایه شیلد قادر به مقاومت در برابر شرایط مختلف محیطی می‌باشند. ازاین‌رو، می‌توان این کابل‌ها را برای مصارف درون آب، کانال‌ها، زیرخاک و سایر شرایط حاکم در محیط‌های مختلف به کار برد و بر پایداری آن‌ها حساب باز نمود.
2- کابل شیلددار فرمان و کنترل
کابل فرمان و کابل کنترل برای انتقال اطلاعات کنترلی و فرمانی در سیستم‌ها و دستگاه‌های مختلف به کار می‌روند و اغلب دارای لایه‌های شیلد محافظتی هستند؛ مانند کابل‌های قدرت که از شیلد جهت حفاظت در برابر میدان‌های الکترومغناطیسی استفاده می‌کنند، کابل‌های فشار ضعیف نیز جهت کاهش تداخل‌ها و جلوگیری از تأثیرات مخرب بر انتقال داده‌ها و سیگنال‌های آنالوگ و دیجیتال، به لایه‌های شیلد مجهز می‌شوند. این اقدام باعث جلوگیری از ایجاد نویز و مشکلات مرتبط با جذب میدان‌های مغناطیسی مزاحم می‌شود.
کابل‌های شیلد دار فرمان و کنترل عمدتاً در صنایع مختلف برای اتصال تجهیزات کنترلی به کنترل‌گرها، دستگاه‌های اتوماسیون، سیستم‌های راهبری و دیگر دستگاه‌های مشابه استفاده می‌شوند. این کابل‌ها از جنس‌ها و طراحی‌های مختلف برخوردارند تا به نیازهای مختلف صنایع پاسخ دهند.
3- کابل شیلددار افشان
لایه شیلد در کابل‌های شیلد دار افشان به عنوان یک محافظ الکترومغناطیسی به منظور جلوگیری از اختلالات در انتقال سیگنال‌ها یا داده‌ها به کار می‌رود. برخی از این کابل‌ها ممکن است به شکل افشان طراحی شده باشند تا از انتقال انرژی الکتریکی بدون افت ولتاژ بیشتری برخوردار شوند. استفاده از کابل افشان با لایه محافظ در محیط‌هایی که ممکن است تحت تأثیرات مخرب میدان‌های الکترومغناطیسی قرار گیرند، به عنوان یک راهکار حفاظتی مؤثر مورد توجه قرار می‌گیرد.
شیلد بافته شده از مس با قلع اندود می‌تواند تابلوهای فرمان را از تداخلات الکترومغناطیسی حفظ نماید. به همین دلیل، کابل‌های شیلد دار افشان در تابلوهای فرمان جهت افزایش کارایی و حفاظت بهتر از عملکرد آن‌ها استفاده می‌شوند.
4- کابل شیلددار مفتولی
اگرچه کابل مفتولی مقاومت کمتری نسبت به نمونه‌های افشان دارند، اما با توجه به شیلد داخلی خود، در برابر فشارهای قوی عملکرد مطلوبی ارائه می‌دهند. این کابل‌ها می‌توانند نوسانات جریان، هدر رفت انرژی در مدارات و سایر مشکلات مرتبط را به خوبی کنترل نمایند؛ به عبارت دیگر، مقاومت کمتر آن‌ها در مقایسه با کابل‌های شیلد دار، با وجود شیلد داخلی، از اثرات مخرب خارجی جلوگیری کرده و به تحمل فشارهای محیطی کمک می‌کند.
5- کابل شیلددار مخابرات
کابل مخابرات معمولاً دارای یک لایه شیلد (سپر) خارجی است که به منظور محافظت در برابر تداخلات الکترومغناطیسی (EMI) و تداخلات رادیو فرکانسی (RFI) طراحی شده است. این کابل‌ها در انتقال اطلاعات و سیگنال‌های مخابراتی مورد استفاده قرار می‌گیرند و از اهمیت بالایی در حفظ کیفیت سیگنال و اطمینان از ارتباطات مؤثر برخوردارند.
مهم‌ترین ویژگی کابل شیلددار مخابرات عبارت‌اند از:
وجود لایه شیلد خارجی این کابل‌ها باعث محافظت در برابر نویزهای الکترومغناطیسی و مخابراتی می‌شود و از تداخلات الکتریکی خارجی جلوگیری می‌کند.
این کابل‌ها دارای مواد عایق خاصی هستند که به انتقال سیگنال‌ها با حداکثر کیفیت کمک می‌کند و از احتمال اختلاط سیگنال‌ها با یکدیگر جلوگیری می‌نماید.
کابل شیلددار مخابرات به خاطر توانایی مقاومت در برابر شرایط محیطی مختلف مانند رطوبت، گرد و غبار و شرایط جوی مناسب برای استفاده در سیستم‌های ارتباطات و مخابرات است.
این نوع کابل برای انتقال داده‌ها در شبکه‌های تلفن، اینترنت، تلویزیون کابلی و سیستم‌های مخابراتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
استفاده از کابل شیلددار مخابرات می‌تواند به حفظ کیفیت ارتباطات و جلوگیری از تداخلات ناشی از فاکتورهای مختلف کمک کند.
6- کابل شیلددار شبکه
کابل شبکه نیز مانند کابل مخابراتی، با داشتن لایه‌های شیلد برای حفاظت از سیگنال‌ها در برابر تداخلات الکترومغناطیسی (EMI) و تداخلات رادیویی فرکانسی (RFI) طراحی شده است. این کابل‌ها معمولاً در شبکه‌های انتقال داده، شبکه‌های کامپیوتری، اینترنت و اتصالات شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرند. ویژگی‌ها و کاربردهای آن عبارت‌اند از:
لایه‌های شیلد در کابل به عنوان محافظ علیه نویزها و تداخلات الکترومغناطیسی عمل می‌کنند که این امر باعث بهبود کیفیت سیگنال در شبکه می‌شود.
کابل شیلددار شبکه به دلیل مقاومت در برابر تداخلات و از دست دادن سیگنال، در انتقال داده‌های حساس و ارتباطات مهم مؤثر است.
این کابل‌ها برای اتصال کامپیوترها، سوئیچ‌ها، روترها، مودم‌ها و دستگاه‌های شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مقاومت در برابر شرایط مختلف محیطی ازجمله رطوبت، گرد و غبار و دماهای مختلف، کابل شیلددار شبکه را مناسب برای استفاده در محیط‌های مختلف می‌کند.
این کابل‌ها معمولاً قابلیت انتقال داده با سرعت بالا را دارا هستند که در شبکه‌های بازرگانی و صنعتی حائز اهمیت است.
کابل شیلددار شبکه به عنوان یک ابزار اساسی در ساختار شبکه‌های اطلاعاتی امروزی مورد استفاده قرار می‌گیرد و به بهبود کارایی و امنیت ارتباطات شبکه کمک می‌کند.
عکس کابل شیلددار شبکه
چه نوع کابل‌هایی باید شیلد داشته باشند؟
معمولاً برای انواع خاصی از کابل‌ها که در معرض نویز و میدان‌های الکترومغناطیسی قرار می‌گیرند، استفاده از شیلد یا روکش فلزی محافظ توصیه می‌شود. این موارد شامل:
کابل‌های داده و ارتباطات: کابل‌های شبکه مانند کابل‌های Cat5، Cat6، کابل‌های سریال RS-232، RS-485، کابل‌های صنعتی مانند Profibus، CAN و… باید شیلددار باشند تا از نویز و تداخلات محافظت شوند.
کابل‌های کنترل و ابزار دقیق: کابل ابزار دقیق و کنترل که سیگنال‌های آنالوگ دقیق یا سیگنال‌های دیجیتال حساس را منتقل می‌کنند مانند کابل‌های 4-20 mA، کابل‌های ترموکوپل، RTD و غیره باید شیلددار باشند.
کابل‌های سیگنال ضعیف: کابل‌هایی که سیگنال‌های ضعیف مانند سیگنال‌های صدا، ویدیو، آنتن و… را منتقل می‌کنند، باید از شیلد استفاده کنند تا از نویز و اختلال محافظت شوند. به طور مثال کابل آنتن همواره دارای یک لایه محافظ است.
کابل‌های قدرت با فرکانس بالا: در مواردی که کابل‌های قدرت با فرکانس بالا یا نوسانات سریع جریان استفاده می‌شوند، شیلد کردن آن‌ها برای جلوگیری از تشعشع الکترومغناطیسی ضروری است.
در کل، هر کابلی که سیگنال‌های حساس را در محیط‌های دارای میدان الکترومغناطیسی قوی یا منابع نویز زیاد منتقل می‌کند، باید از روکش فلزی یا شیلد محافظ استفاده کند.
کابل‌های شیلددار برای انتقال چه نوع سیگنال‌هایی استفاده می‌شوند؟
یکی از وظایف اساسی کابل‌های شیلددار، انتقال سیگنال‌های آنالوگ و دیجیتال است که از حساسیت بالایی برخوردارند. این کابل‌ها برای جلوگیری از تداخل‌های الکترومغناطیسی و میدان‌های خارجی مزاحم در انتقال داده‌ها طراحی شده‌اند. به‌طور کلی، زره‌ها و لایه‌های شیلد در این کابل‌ها به عنوان محافظ علیه اثرات مخرب میدان‌های خارجی عمل کرده و کیفیت انتقال سیگنال‌ها را بهبود می‌بخشند.
کابل‌های شیلددار برای انتقال انواع مختلفی از سیگنال‌ها در برابر نویز و اختلالات الکترومغناطیسی استفاده می‌شوند، ازجمله:
سیگنال‌های فرمان و کنترل: این شامل سیگنال‌های دیجیتال و آنالوگ برای کنترل سیستم‌ها، ابزاردقیق، PLC ها، درایورهای موتور و… می‌شود.
سیگنال‌های ارتباطی: سیگنال‌های دیجیتال برای انتقال داده‌ها در شبکه‌های ارتباطی مانند RS-485، CAN Bus، Profibus و… .
سیگنال‌های آنالوگ: سیگنال‌های آنالوگ مانند جریان 4-20 میلی‌آمپر یا ولتاژ برای انتقال داده‌های پروسس مانند دما، فشار و سطح.
سیگنال‌های صدا و ویدیو: در سیستم‌های صوتی، ویدیویی و سرگرمی برای کاهش نویز و تداخلات.
سیگنال‌های سنسور: انتقال داده‌های حسگرها مانند سنسورهای فاصله، سرعت و شتاب.
محافظت الکترومغناطیسی که شیلد این کابل‌ها فراهم می‌کند، کیفیت و دقت انتقال سیگنال‌ها را در محیط‌های صنعتی و دیجیتال افزایش می‌دهد.
مزایای کابل شیلددار چیست؟
کابل‌های شیلددار نسبت به کابل‌های بدون شیلد چندین مزیت دارند. در ادامه به برخی از این مزایا اشاره می‌شود:
مقاومت به تداخل الکترومغناطیسی (EMI): شیلد کابل‌ها از جذب تداخلات الکترومغناطیسی مانند امواج رادیویی و میدان‌های الکتریکی مخرب جلوگیری کرده و از کاهش کیفیت انتقال سیگنال جلوگیری می‌کند.
حفاظت در مقابل تداخلات خارجی: شیلددار بودن کابل به افزایش مقاومت در برابر تداخلات خارجی نظیر نویزهای الکتریکی و مغناطیسی کمک می‌کند.
کاهش نویز داخلی: همچنین، شیلددار بودن کابل می‌تواند در کاهش تداخلات ناشی از سیگنال‌های داخلی مانند تداخل‌های میان کابلی (crosstalk) نیز مؤثر باشد.
حفاظت در برابر خطرات الکتریکی: در برخی مواقع که ممکن است با خطرات الکتریکی مواجه شوید، شیلددار بودن کابل می‌تواند از انتقال جریان الکتریکی به صورت ناخواسته جلوگیری کند.
افزایش ماندگاری و دوام: شیلددار بودن کابل می‌تواند در برابر شرایط آب و هوایی مختلف، مواد روغنی و فشارهای خارجی مقاومت بیشتری ایجاد کند.
حفاظت در محیط‌های خاص: در برخی از محیط‌هایی که تداخلات الکترومغناطیسی بالا یا خطرات خاصی وجود دارد، استفاده از کابل شیلددار ضروری است.
همه این مزایا نشان‌دهنده اهمیت و کارآیی کابل‌های شیلددار در حفاظت و بهبود عملکرد انتقال سیگنال‌ها می‌باشند
در هنگام استفاده از کابل‌های شیلددار، باید به چند نکته توجه کرد:
نوع شیلد: انواع مختلفی از شیلد در کابل‌ها استفاده می‌شوند، ازجمله فویل فلزی، شبکه فلزی، یا شیلد ترکیبی از هر دو بسته به نیازهای محیطی خود، نوع شیلد مناسب را انتخاب کنید.
کیفیت ساخت کابل: کابل‌های با کیفیت عالی توانایی حفاظت بیشتری در برابر تداخلات را دارند.
مقاومت به شرایط محیطی: بررسی کنید که کابل انتخابی شما مقاومت کافی در برابر شرایط آب و هوایی، مواد روغنی یا فشارهای خارجی را دارد.
استفاده در محیط‌های خاص: اگر در محیط‌های خاصی کار می‌کنید که نیاز به مقاومت بیشتری به تداخلات الکترومغناطیسی یا خطرات خاص دارد، از کابل‌های شیلددار با ویژگی‌های مناسب استفاده کنید.
نصب صحیح: اطمینان حاصل کنید که کابل به درستی زمین شده و از منابع تداخلات دور نگه‌داشته شده باشد.
برند و استانداردها: از برندهای معتبر و مطمئن درزمینهٔ تولید کابل‌های شیلددار استفاده کنید. بررسی بهترین برندهای سیم و کابل را در مقاله “معرفی 15 برند برتر و با کیفیت سیم و کابل برق ایرانی” بخوانید.
تست و ارزیابی: کابل را قبل از نصب تست کنید تا اطمینان حاصل شود که عملکرد آن به درستی انجام می‌شود.
نگهداری و بازرسی دوره‌ای: اطمینان حاصل کنید که در طول زمان و در شرایط مختلف همچنان به عملکرد بهینه خود ادامه می‌دهند.
